《Behavioural Brain Research》：The mPFC-PAG Circuit in Defensive Coping: A Correlational but Not Causal Role in Shifting Strategy
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该研究通过双向主动回避（TWAA）任务，结合解剖学追踪和光遗传学技术，揭示中前额叶皮层（mPFC）尤其是腹侧下丘脑（PAG）投射的腹侧下丘脑皮层（IL）在主动回避（AA）行为中起关键作用。尽管mPFC向PAG存在单向上行投射，但急性激活mPFC或PAG无法改变已建立的AA/反应性回避（RE）策略偏好，表明行为策略切换需特定时空条件下的细胞类型特异性调控而非全局激活。
李美娟|王倩|李晓雪|吴志新|李文军|宁玉波|张娟娟|蒋晓|王凯|梁静
安徽医科大学第二附属医院神经内科，中国合肥
摘要
在威胁下表现出防御性行为对生存至关重要，而这种行为的失调会导致精神疾病。内侧前额叶皮层（mPFC）和导水管周围灰质（PAG）通路在调节防御性行为中起着作用，但它们在应对策略选择中的具体作用仍不清楚。在这里，我们使用双向主动回避（TWAA）任务研究了这些脑区。解剖追踪证实了mPFC子区域（包括ACC、PL、IL）的V层神经元向PAG的单向投射。通过c-Fos免疫组化检测，我们发现表现出主动回避（AA，主动回避率>80%）的大鼠的边缘下皮层（IL）中的神经元激活显著高于表现出反应性逃避（RE，主动回避率<50%）的大鼠。然而，结合逆向追踪和c-Fos标记显示，在所有mPFC子区域中，AA组和RE组之间的PAG投射神经元激活没有差异。此外，光遗传学激活IL神经元或PAG神经元并未改变TWAA任务中的既定AA/RE应对偏好，也未影响开放场地测试中的基础运动行为。这些发现揭示了区域神经元活动与防御性行为因果控制之间的关键分离。虽然IL活动与AA相关，但mPFC或PAG的急性全局激活不足以改变既定的应对偏好。这表明适应性策略转换可能需要在学习阶段精确计时、针对特定细胞类型的激活或调节，而不是在策略固化后进行广泛激活。
意义声明
本研究表明，尽管边缘下皮层活动与主动回避行为相关，但mPFC或PAG的急性光遗传学激活不足以改变既定的防御性应对策略。这些发现揭示了区域神经活动模式与防御性行为因果控制之间的关键分离。
引言
面对威胁时表现出防御性行为对生存至关重要。有效的应激应对策略使生物能够在危险环境中减轻伤害。这些策略的选择和执行受多个皮质和皮下脑区的调控，但这些机制尚未完全理解[39]、[46]。这些过程的失调可能导致适应不良的反应，并与焦虑和PTSD等精神疾病有关[10]、[22]、[40]。阐明调控威胁评估和适应性应对的神经机制仍然是神经科学中的一个挑战。导水管周围灰质（PAG）是一种进化上保守的中脑结构，通过其柱状组织在协调防御性行为中起核心作用（D. T. [21]）。先前的研究表明，PAG的不同子区域在调节防御性行为中扮演着不同的角色（David T. [21]；Philip [45]）。背侧PAG（dPAG）通常与战斗或逃跑等主动应对行为相关，而腹侧PAG（vPAG）区域则介导静止和冻结等被动行为（[14]、[29]、[37]、[41]、[6]；P. [45]）。然而，PAG如何根据情境信息在这两种竞争策略之间进行选择，尤其是在相似的威胁条件下，仍知之甚少。
mPFC作为情绪和认知的自上而下调节的关键中心已被广泛认可，它向皮下结构有广泛的投射[19]。mPFC参与根据环境需求调整行为策略[11]、[12]、[35]、[5]，并调节人类的应对反应[32]、[42]。此外，mPFC还参与应激适应和调节防御性行为[18]、[3]。先前的研究已经探讨了mPFC在被动应对（如静止、不动）和主动应对（如逃跑、社会回避、主动回避）中的作用[16]、[24]、[36]、[4]。然而，在相同的威胁条件下，mPFC和PAG在选择不同应对策略中的具体作用仍不清楚。在双向主动回避（TWAA）范式中，动物可以在相同的任务条件下表现出两种不同的应对行为：主动回避（AA）或反应性逃避（RE）[27]、[28]，抑制mPFC或PAG会以可逆的方式强烈抑制反应性应对的表现[23]。这种现象表明，激活mPFC或PAG可能会阻止同一任务中的主动应对，尽管这一点尚未得到验证。
本研究使用TWAA任务研究了mPFC和PAG在应激应对策略中的作用。我们结合了解剖追踪、c-Fos映射和光遗传学刺激来解析这些脑区的功能。我们的结果表明，尽管IL活动与AA相关，但mPFC或PAG的急性非特异性激活并不能改变既定的应对策略偏好。这表明，虽然各个脑区的整体活动与行为选择相关，但其急性激活不足以因果驱动行为转换，从而为理解防御性行为背后的复杂神经机制提供了新的关键限制。
部分摘录
实验对象
成年雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠（8周大；来自中国北京Vital River）每笼饲养4只（温度22 ± 1°C，湿度50 ± 10%），光照周期为12:12小时（早上8:00开灯）。食物和水可以自由获取。所有实验都在光照阶段进行，并获得了安徽医科大学实验室动物伦理委员会的批准，符合美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南。
共有67只大鼠参与了实验
mPFC-PAG投射的解剖特征
为了阐明mPFC到PAG的神经元投射，我们采用了逆向追踪技术。将逆向追踪剂CTB488单侧注射到PAG（图1A）后，mPFC的多个子区域（包括前扣带皮层（ACC）、前边缘皮层（PL）和边缘下皮层（IL）都出现了显著的CTB标记（图1B）。通过单侧注射逆向单突触追踪病毒，进一步确认了mPFC-PAG的投射模式
讨论
本研究探讨了mPFC和PAG在TWAA范式中参与应对策略选择的情况（图S3）。我们提供了解剖学证据，证明mPFC子区域（ACC、PL、IL）的V层神经元主要向PAG进行单向投射。表现出AA的动物在IL中的c-Fos表达增加，而在AA组和RE组之间，其他mPFC或PAG子区域以及逆向识别的mPFC-PAG投射神经元中未观察到显著的c-Fos差异
结论
总之，本研究揭示了神经元活动模式与防御性应对策略因果控制之间的关键分离。虽然IL神经元活动与主动回避行为相关，但IL或PAG的急性非特异性光遗传学激活不足以改变既定的应对偏好。这表明行为转换并非由简单的区域活动增强所驱动。相反，需要在学习过程中对特定细胞类型进行调节
CRediT作者贡献声明
王凯：监督、资金获取。蒋晓：监督。张娟娟：监督。宁玉波：正式分析。王倩：撰写——初稿、可视化、数据管理。李美娟：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法学、研究、正式分析、数据管理。梁静：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、监督、方法学、资金获取、概念化。李文军：方法学、数据利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（82171515给L. J.，82090034给K.W.）和安徽医科大学科研平台建设改进计划（2020xkjT057给K.W.）的支持。我们感谢安徽医科大学科研中心和实验动物中心对本项目的协助。
